心理学研究法・心理統計:直前対策パック

公式集、全トピックの解法の要点、16 問の演習問題。完全な解答は巻末にあります。

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1公式と解法

記述統計

平均
x̄ = Σx/n
標本標準偏差
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
中央値
並べ替えたデータの真ん中の値
z スコア
z = (x − μ)/σ
正規分布
±1σ 以内に 68%、±2σ 以内に 95%

確率

余事象
P(not A) = 1 − P(A)
加法定理
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
独立な事象
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
条件付き確率
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
二項分布
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

正規分布

z スコア
z = (x − μ)/σ
x 未満
P(X < x) = Φ(z)
x より大きい
P(X > x) = 1 − Φ(z)
2 つの値の間
Φ(z2) − Φ(z1)
パーセンタイル
x = μ + z·σ

解き方

  1. 値を z スコアに変換します:z = (x − μ)/σ。
  2. z より左側の面積 Φ(z) を表で調べます。
  3. 右側の面積は 1 − Φ(z)、区間の面積は 2 つの左側の面積の差です。
  4. パーセンタイルでは逆にたどります:面積から z を求め、x = μ + z·σ とします。

信頼区間

σ が既知
x̄ ± z·σ/√n
σ が未知
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
z の臨界値
90%: 1.645, 95%: 1.96, 99%: 2.576
標本サイズ
n = (z·σ/E)², rounded up

解き方

  1. z(母集団の σ が既知)と t(標本の s しかなく、自由度 n − 1)のどちらを使うか判断します。
  2. 信頼水準に対応する臨界値を求めます。
  3. 誤差の幅:E = 臨界値 × 標準偏差/√n。
  4. 区間:x̄ ± E。

仮説検定と信頼区間

平均の z 検定
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
平均の t 検定
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
有意水準 5% の両側検定
|z| > 1.96 なら H0 を棄却
信頼区間
x̄ ± z·σ/√n

解き方

  1. H₀ と H₁ を立て、片側検定か両側検定かを決めます。
  2. 検定統計量を計算します:(x̄ − μ₀)/(σ/√n)、または s と t を使います。
  3. 臨界値と比較するか、p 値を求めます。
  4. 統計量が臨界値を超えていれば(p が α より小さければ)H₀ を棄却し、結論を言葉で述べます。

線形回帰と相関

平方和
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
傾き
b = Sxy/Sxx
切片
a = ȳ − b·x̄
相関
r = Sxy/√(SxxSyy)
残差
e = y − ŷ

カイ二乗検定

検定統計量
χ² = Σ(O − E)²/E
適合度
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
独立性
E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
臨界値(α = 0.05)
df 1: 3.841, 2: 5.991, 3: 7.815, 4: 9.488
判断
χ² > χ²crit なら H0 を棄却

2演習問題

1.心理学研究法ふつう

15 項目の不安尺度のクロンバックのアルファが 0.88 です。これは何を示していますか?

  1. A尺度が不安に有意な効果を持つ
  2. B尺度が将来の不安をよく予測する
  3. C項目の内的一貫性が良好である
  4. D得点が 6 か月間安定している
2.心理学研究法むずかしい

運動はうつを減らします。その効果は、運動が睡眠を改善し、それがうつを下げることによって起こります。睡眠は何と表現するのが最も適切ですか?

  1. A媒介変数(メディエーター)
  2. B調整変数(モデレーター)
  3. C統制変数
  4. D剰余変数
3.記述統計ふつう
303540455055

データの標本標準偏差 s を求めなさい:56, 53, 27, 41, 59, 32, 34。

n = 7
s =
4.記述統計むずかしい
z −2−1012

ある量は平均 60、標準偏差 15 の正規分布に従います。78.75 より大きい値の割合 P はいくつですか?

μ = 60σ = 15x = 78.75
P =
5.確率ふつう
n = 10k = 4N = ?

10 人のグループから 4 人の委員会を選ぶ方法 N は何通りですか?順序は問いません。

n = 10k = 4
N =
6.確率むずかしい
€p(x)−100.78100.21900.02

ゲームの参加費は €10 です。確率 0.2 で €20、確率 0.02 で €200 を獲得し、それ以外では何も獲得しません。賭け金は戻りません。1 ゲームあたりの純利得の期待値 E(G) を求めなさい。

賭け金 = €10€20: p = 0.2€200: p = 0.02
E(G) = €
7.正規分布ふつう
−3−2−10123z−z から z の間の色つき面積 = 0.9233

標準正規曲線の下で、−z から z の間の色つき面積が 0.9233 になるように z をドラッグします。z を小数第 2 位まで求めなさい。

A = 0.9233
z =
8.正規分布むずかしい
μ = 65x = ?10%

試験の得点は、平均 65 点、標準偏差 10 点 の正規分布に従います。全体の 10% がそれより下にある値 x(第 10 パーセンタイル)を求めなさい。

μ = 65σ = 10P = 10%
x = 点
9.信頼区間ふつう
n = 20, sd​ = 7.20LUd̄ = 8E = ?95%

20 人の患者の血圧を治療の前後に測定します。差 d = 前 − 後(mmHg)の平均は 8、標準偏差は 7.2 です。 差の平均の 95% 信頼区間の誤差の幅 E を求めなさい。

n = 20d̄ = 8sd = 7.295%t(19) = 2.093
E = mmHg
10.信頼区間むずかしい
σ = 11, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 199%

母標準偏差は 11 です。平均の 99% 信頼区間の誤差の幅を 1 以下にするには、どれだけの標本サイズ n が必要ですか?

σ = 11E = 199%
n =
11.仮説検定と信頼区間ふつう
−2.3062.306t = ?df = 8

9 人の従業員が研修の前後にタイピングテストを受けます。各人について差 d = 後 − 前(1 分あたりの単語数)を記録します。差の平均は 1.56、差の標準偏差は 3.6 です。H₀: μd = 0 の対応のある検定統計量 t を求めなさい。

n = 9d̄ = 1.56sd = 3.6
t =
12.仮説検定と信頼区間むずかしい
z −1.64501.645

64 回の測定の標本平均は 96.8 です。母標準偏差は 15 です。平均の 90% 信頼区間の上限 U を求めなさい。

x̄ = 96.8σ = 15n = 6490%
U =
13.線形回帰と相関ふつう
xy2741462683310411249xy5102040

表は x = 荷重 (kN) と y = 伸び (mm) の 6 組の対になった観測値を示しています。 ピアソンの相関係数 r を求めなさい。

n = 6
r =
14.線形回帰と相関むずかしい
xy178720113231292614529165xy202530100150x = 24.5

表は x = 気温 (°C) と y = アイスクリームの販売数 の 5 組の対になった観測値を示しています。 最小二乗直線 ŷ = a + b·x を用います。 x = 24.5 のときの ŷ を予測しなさい。

n = 5x = 24.5
ŷ =
15.カイ二乗検定ふつう
低中高合計都市部43241380農村部572637120合計1005050200

分割表は観測度数を示しています。行の変数と列の変数の独立性の検定について、カイ二乗統計量 χ² を計算しなさい。連続性の補正は使いません。

N = 2002 × 3
χ² =
16.カイ二乗検定むずかしい
合格不合格合計18~30 歳465410031~50 歳21194051 歳以上53540合計72108180dfα = 0.05α = 0.0113.8416.63525.9919.21037.81511.34549.48813.277511.07015.086612.59216.812714.06718.475815.50720.090916.91921.6661018.30723.209

表は観測度数を示しています。2 つの変数が独立かどうかを α = 0.05 で検定しなさい(連続性の補正なし)。検定統計量 χ² を計算し、表の臨界値と比べなさい。

N = 1803 × 2α = 0.05
χ² =

3溶液

1.心理学研究法

答え: C · 項目の内的一貫性が良好である

これが答えになる理由

クロンバックのアルファは内的一貫性を推定します。約 0.7 以上の値が通常は受け入れられるとされます。それだけでは妥当性は示されません。

答え

C · 項目の内的一貫性が良好である
2.心理学研究法

答え: A · 媒介変数(メディエーター)

これが答えになる理由

媒介変数は予測変数と結果の間の因果経路上にあり、効果がどのように、あるいはなぜ起こるのかを説明します。

答え

A · 媒介変数(メディエーター)
3.記述統計

答え: s = 12.82

記述統計:平均は合計を n で割ったもの、中央値は並べ替えたデータの真ん中の値です(n が偶数なら真ん中 2 つの平均)。標本標準偏差は s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))。z スコア z = (x − μ)/σ は、値が平均から標準偏差何個分離れているかを表します。

平均

x̄ = 302/7 = 43.14

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 12.86² + 9.857² + (−16.14)² + (−2.143)² + 15.86² + (−11.14)² + (−9.143)² = 986.9

標準偏差

s = √(986.9/6) = 12.82

答え

s = 12.82
4.記述統計

答え: P = 0.1056

記述統計:平均は合計を n で割ったもの、中央値は並べ替えたデータの真ん中の値です(n が偶数なら真ん中 2 つの平均)。標本標準偏差は s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))。z スコア z = (x − μ)/σ は、値が平均から標準偏差何個分離れているかを表します。

標準化する

z = 1.25

標準正規分布表

Φ(1.25) = 0.8944
P = 1 − 0.8944 = 0.1056

答え

P = 0.1056
5.確率

答え: N = 210

確率:どの結果も同様に確からしいとき、P(A) = 該当する場合の数/全体の場合の数。独立な事象は掛け合わせます:P(A かつ B) = P(A)·P(B)。余事象がよく役立ちます:P(少なくとも 1 回) = 1 − P(1 回もない)。二項分布:成功確率 p の独立な試行を n 回行うと、P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ。

組合せ

C(10, 4) = (10·9·8·7)/(4·3·2·1) = 210

答え

N = 210
6.確率

答え: E(G) = −2 €

離散確率変数:確率分布は、変数がとりうるすべての値 x とその確率 p(x) を並べたものです。確率は 0 と 1 の間にあり、合計は 1 になります。期待値(平均)は E(X) = Σx·p(x) で、長期的な平均です。分散は Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ²、標準偏差は σ = √Var(X) です。一次変換 Y = aX + b では E(Y) = a·E(X) + b、Var(Y) = a²·Var(X)、σY = |a|·σX となり、定数を加えてもばらつきは変わりません。

純利得の結果

G: 10 (p = 0.2), 190 (p = 0.02), −10 (p = 0.78)

期待値

E(G) = 10·0.2 + 190·0.02 − 10·0.78 = −2 €

答え

E(G) = −2 €

負の値は、平均して損をすることを意味します。

7.正規分布

答え: z = 1.77

面積から z へ戻る:Φ(z) は z の左側の面積です。左側の裾の面積 A なら、表で Φ(z) = A となる z を見つけます。右側の裾の面積 A なら Φ(z) = 1 − A です。−z から z の間の中央の面積 A なら、各裾に (1 − A)/2 が残るので、Φ(z) = (1 + A)/2 です。値 x には x = μ + zσ を使います。

z の左側の面積

Φ(z) = (1 + 0.9233)/2 = 0.9616

z 表を逆に読む

表の中で 0.9616 を見つけ、z を読み取ります。

z = 1.77

答え

z = 1.77
8.正規分布

答え: x = 52.18 点

正規分布:値 x を z スコア z = (x − μ)/σ に変換します。これは平均から標準偏差何個分離れているかを表します。z 表(または Φ(z))は z より左側の面積、つまり P(X < x) を与えます。右側の面積は 1 − Φ(z)、2 つの値の間の面積はそれぞれの左側の面積の差です。

パーセンタイルに対応する z

Φ(z) = 0.1 → z = −1.282

x に戻す

x = 65 + −1.282·10 = 52.18 点

答え

x = 52.18 点
9.信頼区間

答え: E = 3.37 mmHg

Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.

臨界値

df = 19, t = 2.093

誤差の幅

E = 2.093·7.2/√20 = 3.37

答え

E = 3.37 mmHg
10.信頼区間

答え: n = 803

平均の信頼区間:x̄ ± 誤差の幅。母集団の σ が既知なら誤差の幅は z·σ/√n、標本標準偏差 s しかなければ自由度 n − 1 の t を使って t·s/√n です。臨界値:z = 1.645(90%)、1.96(95%)、2.576(99%)。誤差の幅を E 以下にするには n ≥ (z·σ/E)² が必要で、端数は切り上げます。

n について解く

n = (2.576·11/1)² = 802.9

切り上げる

標本サイズは整数であり、切り捨てると誤差の幅が大きくなりすぎます。

n = 803

答え

n = 803
11.仮説検定と信頼区間

答え: t = 1.3

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

差の平均の標準誤差

SE = 3.6/√9 = 1.2

検定統計量

t = 1.56/1.2 = 1.3

答え

t = 1.3

df = 8 のとき、両側 5% の臨界値は 2.306 です。|t| の方が小さいので、H₀ は棄却されません。

12.仮説検定と信頼区間

答え: U = 99.88

平均の検定:検定統計量は、標本平均が H₀ で主張された値から標準誤差何個分離れているかを表します:σ が既知なら z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n)、標本から推定するなら t = (x̄ − μ₀)/(s/√n)。信頼区間は x̄ ±(臨界値)·(標準誤差)です。

誤差の幅

E = 1.645·15/√64 = 3.084

区間の端

U = 96.8 + 3.084 = 99.88

答え

U = 99.88
13.線形回帰と相関

答え: r = 0.9974

最小二乗回帰:x̄ と ȳ を平均とし、Sxx = Σ(x − x̄)²、Syy = Σ(y − ȳ)²、Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) とすると、直線 ŷ = a + b·x の傾きは b = Sxy/Sxx、切片は a = ȳ − b·x̄ なので、この直線は必ず (x̄, ȳ) を通ります。ピアソンの相関係数 r = Sxy/√(Sxx·Syy) は −1 から 1 の間の値をとります。r² は y の変動のうち直線で説明される割合です。

平均

x̄ = 42/6 = 7
ȳ = 170/6 = 28.33

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 298
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1275

相関係数

r = 298/√(70·1275) = 0.9974

答え

r = 0.9974
14.線形回帰と相関

答え: ŷ = 137.2

最小二乗回帰:x̄ と ȳ を平均とし、Sxx = Σ(x − x̄)²、Syy = Σ(y − ȳ)²、Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) とすると、直線 ŷ = a + b·x の傾きは b = Sxy/Sxx、切片は a = ȳ − b·x̄ なので、この直線は必ず (x̄, ȳ) を通ります。ピアソンの相関係数 r = Sxy/√(Sxx·Syy) は −1 から 1 の間の値をとります。r² は y の変動のうち直線で説明される割合です。

平均

x̄ = 115/5 = 23
ȳ = 639/5 = 127.8

平方和と積和

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 564

回帰直線

b = 564/90 = 6.267
a = 127.8 − 6.267·23 = −16.33
ŷ = −16.33 + 6.267·x

予測

ŷ = −16.33 + 6.267·24.5 = 137.2

答え

ŷ = 137.2
15.カイ二乗検定

答え: χ² = 5.792

カイ二乗検定:観測度数 O と H₀ のもとでの期待度数 E を χ² = Σ(O − E)²/E で比べます。適合度検定:各カテゴリーで E = n·p、自由度 df = k − 1(データから推定したパラメータ 1 つごとにさらに 1 を引く)。r × c 表での独立性の検定:E = 行の合計 × 列の合計 / 総計、df = (r − 1)(c − 1)。χ² が選んだ α での臨界値を超えたら H₀ を棄却します。

期待度数

都市部: 80·100/200 = 40, 80·50/200 = 20, 80·50/200 = 20
農村部: 120·100/200 = 60, 120·50/200 = 30, 120·50/200 = 30

カイ二乗統計量

χ² = (43 − 40)²/40 + (24 − 20)²/20 + (13 − 20)²/20 + (57 − 60)²/60 + (26 − 30)²/30 + (37 − 30)²/30
χ² = 5.792

答え

χ² = 5.792

df = 2。α = 0.05 での臨界値は 5.991 なので、H₀(独立)は棄却されない。

16.カイ二乗検定

答え: χ² = 16.71

カイ二乗検定:観測度数 O と H₀ のもとでの期待度数 E を χ² = Σ(O − E)²/E で比べます。適合度検定:各カテゴリーで E = n·p、自由度 df = k − 1(データから推定したパラメータ 1 つごとにさらに 1 を引く)。r × c 表での独立性の検定:E = 行の合計 × 列の合計 / 総計、df = (r − 1)(c − 1)。χ² が選んだ α での臨界値を超えたら H₀ を棄却します。

期待度数

18~30 歳: 40, 60
31~50 歳: 16, 24
51 歳以上: 16, 24

カイ二乗統計量

χ² = (46 − 40)²/40 + (54 − 60)²/60 + (21 − 16)²/16 + (19 − 24)²/24 + (5 − 16)²/16 + (35 − 24)²/24
χ² = 16.71

判断

df = 2, χ²crit = 5.991
16.71 > 5.991

答え

χ² = 16.71

χ² は臨界値より大きいので、H₀ は棄却されます:変数の間には関連があるようです。

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